CN102497185A - 一种ldmos的等效电路 - Google Patents

一种ldmos的等效电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LDMOS等效电路，包括：可变电容的第一端连接场效应管的栅极，可变电容的第二端连接场效应管的漏极；场效应管的栅极与可变电容第一端的连接点作为LDMOS等效电路的栅极，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点连接LDMOS等效电路的漏极，场效应管的源极作为LDMOS等效电路的源极。该LDMOS等效电路能够在仿真中作为LDMOS的等效电路，提高包含LDMOS的电路的仿真精度。

Description

一种LDMOS的等效电路
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种LDMOS(Laterally Diffused MetalOxide Semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)的等效电路。
背景技术
LDMOS与其他晶体管相比，在关键的器件特性方面，如增益、线性度、开关性能、散热性能以及减少级数等方面优势明显，因此，大量应用于各种高功率开关电路中。
由于LDMOS是一个固有的器件，本身电学特性复杂，因此，在电路设计过程中使用LDMOS时，往往很难对设计得到的电路进行准确的判断和评价。即便通过仿真对电路进行判断，由于LDMOS电学特性复杂，很难对设计得到的电路进行准确的判断和评价，电路的仿真结果并不准确。
因此，在现有技术中使用LDMOS进行开关电路设计时，设计得到的电路难以评价。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种LDMOS的等效电路，能够在仿真中作为LDMOS的等效电路，提高包含LDMOS的电路的仿真精度。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种LDMOS等效电路，包括：
可变电容的第一端连接场效应管的栅极，可变电容的第二端连接场效应管的漏极；场效应管的栅极与可变电容第一端的连接点作为LDMOS等效电路的栅极，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点连接LDMOS等效电路的漏极，场效应管的源极作为LDMOS等效电路的源极。
其中，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点，该连接点与LDMOS等效电路的漏极之间串接电阻。
所述电阻的电学模型为：
Rd＝rd0*(1+pvc*abs(v(d，di)))*(1+pvb*abs(v(d，di)))/((w+wa)*1e6)*(1+ptc*dtemp)；
其中，rd0表示LDMOS漏极在温度为27℃下单位宽度电阻；pvc表示LDMOS漏极电阻的漏源电压系数；pvb表示LDMOS漏极电阻的衬偏电压系数；wa表示窄沟调节参数；ptc表示LDMOS漏端电阻温度系数；w表示LDMOS的沟道宽度；v(d，di)表示电阻两端的电压。
还包括：
LDMOS等效电路的漏极连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极接地。
场效应管的漏极连接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极连接场效应管的源极。
所述可变电容的电学模型为：
可变电容Cgd＝(c0/(pwr((1-(min(0，v(s，d)))/vj)，mj)))*w
其中，c0表示LDMOS等效电路所对应LDMOS的漏极和源极间电压差为0时，栅极到漏极单位宽度的交叠电容；vj表示LDMOS的内建电势；mj表示电容指数系数；v(s，d)表示LDMOS的源极和漏极之间的电压；w表示LDMOS的沟道宽度；pwr是幂指数函数。
对于上述技术方案的技术效果分析如下：
可变电容的第一端连接场效应管的栅极，可变电容的第二端连接场效应管的漏极；场效应管的栅极与可变电容第一端的连接点作为LDMOS等效电路的栅极，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点连接LDMOS等效电路的漏极，场效应管的源极作为LDMOS等效电路的源极。通过可变电容表征LDMOS栅极和漏极之间的电容，从而能够在仿真中作为LDMOS的等效电路，提高包含LDMOS的电路的仿真精度。
附图说明
图1为本发明实施例第一种LDMOS等效电路结构示意图；
图2为本发明实施例第二种LDMOS等效电路结构示意图；
图3为本发明实施例第三种LDMOS等效电路结构示意图；
图4为本发明实施例第四种LDMOS等效电路结构示意图；
图5为本发明实施例LDMOS等效电路仿真结构示意图。
具体实施方式
开关状态中的LDMOS，其开关性能严重受限于LDMOS的寄生电容。LDMOS工作在开关状态时，主要有三种电容在起作用：输入电容，输出电容和反向传输电容；其中，输入电容Ciss＝Cgd+Cgs，输出电容Coss＝Cgd+Cds，反向传输电容Crss＝Cgd；Cgd表示LDMOS的栅极和漏极之间的电容，Cgs表示LDMOS的栅极和源极之间的电容；Cds表示LDMOS的漏极和源极之间的电容。通过以上三种电容的计算公式可知，这三种电容都与LDMOS的栅极与漏极之间的电压Cgd息息相关，Cgd的准确性直接决定了LDMOS开关特性描述的准确性。Cgd是LDMOS的栅极和漏极之间的电容，当LDMOS的漏极和源极之间的电压Vds变化时，Cgd的有效面积(栅极与漂移区的交叠面积)改变，LDMOS的栅极与漏极之间的电容Cgd有效值就受影响。对于高压LDMOS，漂移区很长，栅极和漏极之间的电容Cgd也很大，并随漏极和源极之间的电压Vds的变化而改变。但对于LDMOS(尤其是高压LDMOS)来说，漏极漂移区很长，浓度很淡，漏极反偏电压大时，耗尽展宽就大，有效交叠电容就小，因此，不能用一个定值来表示栅极到漏极的交叠电容。
基于以上分析，本发明实施例中在普通场效应管的栅极和漏极之间设置可变电容C1，通过可变电容C1来表征LDMOS的栅极和漏极之间的电容Cgd；通过普通场效应管来表征LDMOS的其他电学特性；从而通过普通场效应管和可变电容构建LDMOS的等效电路，在仿真中作为LDMOS的等效电路，提高包含LDMOS的电路的仿真精度。
以下，结合附图详细说明本发明实施例LDMOS等效电路的实现。
参见图1，为本发明实施例第一种LDMOS等效电路结构示意图，该LDMOS等效电路包括：
可变电容C1的第一端连接场效应管MOS的栅极，可变电容C1的第二端连接场效应管MOS的漏极；场效应管MOS的栅极与可变电容C1第一端的连接点作为LDMOS等效电路的栅极，场效应管MOS的漏极与可变电容C1第二端的连接点作为LDMOS等效电路的漏极，场效应管MOS的源极作为LDMOS等效电路的源极。
优选地，所述可变电容C1的电学模型可以为：
可变电容Cgd＝(c0/(pwr((1-(min(0，v(s，d)))/vj)，mj)))*w
其中，c0表示LDMOS等效电路所对应LDMOS的漏极和源极间电压差为0时，栅极到漏极单位宽度的交叠电容；vj表示LDMOS的内建电势；mj表示电容指数系数；v(s，d)表示LDMOS的源极和漏极之间的电压；w表示LDMOS的沟道宽度；pwr表示幂指数函数，其中(1-min(0，v(s，d))/vj)是底数，mj是指数。
当然，在实际应用中并不限定使用满足上述电学模型的可变电容，但是，使用满足上述电学模型的可变电容，将可以使得该LDMOS等效电路更为接近LDMOS的电学特性，能优化LDMOS的开关特性，使得本发明实施例的LDMOS等效电路更好的仿真LDMOS，或者更好的替代实际电路中的LDMOS。
基于以上分析，图1所示的本发明实施例LDMOS等效电路中，中在普通场效应管的栅极和漏极之间设置可变电容C1，通过可变电容C1来表征LDMOS的栅极和漏极之间的电容Cgd，使得本发明实施例LDMOS等效电路能够较为精确的实现LDMOS的电学特性，从而在对包含LDMOS的开关电路进行仿真时，可以作为LDMOS的等效电路，根据等效电路中场效应管以及可变电容的电学模型进行LDMOS电学特性的精确仿真，进而提高包含LDMOS的电路的仿真精度。
另外，由于本发明实施例的LDMOS等效电路能够较为精确的实现LDMOS的开关特性，因此，在实际电路设计中，能够代替实际电路中的LDMOS，实现LDMOS的功能。
参见图2，为本发明实施例的第二种LDMOS等效电路结构示意图，与图1所示的LDMOS等效电路相比，区别仅在于：
场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点与LDMOS等效电路的漏极之间串接电阻Rd。
优选地，所述电阻Rd的电学模型可以为：
Rd＝rd0*(1+pvc*abs(v(d，di)))*(1+pvb*abs(v(d，di)))/((w+wa)*1e6)*(1+ptc*dtemp)；
其中，rd0表示LDMOS漏极在温度为27℃下单位宽度电阻；pvc表示LDMOS漏极电阻的漏源电压系数；pvb表示LDMOS漏极电阻的衬偏电压系数；wa表示窄沟调节参数；ptc表示LDMOS漏端电阻温度系数；w表示LDMOS的沟道宽度；abs表示绝对值；v(d，di)表示电阻Rd两端的电压；le6表示10的6次幂；dtemp表示27℃的相对温度。
图2所示的LDMOS等效电路相对于图1所示的LDMOS等效电路，在LDMOS等效电路的漏极增加电阻Rd，用于表示LDMOS的漂移区电阻，以使得LDMOS等效电路的准饱和区特性更为接近实际LDMOS的准饱和区特性，也即使得LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS。
另外，当使用LDMOS等效电路作为LDMOS的等效电路进行仿真时，可以通过电阻Rd对应的电学模型模拟LDMOS准饱和区特性，进而提高对于LDMOS或者包含LDMOS的电路的仿真精度。
实际的LDMOS漏极与衬底之间一般存在寄生二极管，因此，为了使得本发明实施例LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，可以在本发明实施例LDMOS等效电路的漏极与地之间反接一个二极管，以便表示LDMOS漏极与衬底之间的寄生二极管。具体的，在上述本发明实施例LDMOS等效电路的基础上，LDMOS等效电路的漏极连接一二极管的阴极，而该二极管的阳极接地。
以图2所示LDMOS等效电路增加该二极管为例，参见图3，为本发明实施例第三种LDMOS等效电路结构示意图，与图2所示的LDMOS等效电路相比，区别仅在于：
LDMOS等效电路的漏极连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极接地。
图3所示的本发明实施例LDMOS等效电路，通过在漏极连接第一二极管D1，可以通过第一二极管D1表示LDMOS中漏极与衬底之间的寄生二极管，从而使得LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，实现LDMOS的功能。
另外，与图3类似的，图1所示的本发明实施例LDMOS等效电路中，也可以在LDMOS等效电路的漏极连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极接地，同样可以使得图1所示LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，实现LDMOS的功能。
通过在本发明实施例LDMOS等效电路的漏极与地之间增加第一二极管，当使用本发明实施例LDMOS等效电路进行LDMOS或者包含LDMOS的电路的仿真时，可以通过第一二极管D1对应的电学模型模拟LDMOS漏极与衬底之间的寄生二极管，进而提高对于LDMOS或者包含LDMOS的电路的仿真精度。
实际的LDMOS漏极与源极之间一般也存在寄生二极管，因此，为了使得本发明实施例LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，可以在LDMOS等效电路的漏极与源极之间反接一个二极管，以便表示LDMOS漏极与源极之间的寄生二极管。具体的，在前述本发明实施例LDMOS等效电路的基础上，场效应管的漏极还连接一二极管的阴极，该二极管的阳极连接场效应管的源极。
以图3所示的LDMOS等效电路增加该二极管为例，参见图4，图4所示的本发明实施例第四种LDMOS等效电路与图3所示LDMOS等效电路的区别仅在于：场效应管MOS的漏极连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接场效应管MOS的源极。
图3所示的本发明实施例LDMOS等效电路，通过在漏极连接第一二极管D1，可以通过第一二极管D1表示LDMOS中漏极与衬底之间的寄生二极管，从而使得LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，实现LDMOS的功能。
另外，与图3类似的，本发明其他实施例的LDMOS等效电路中，也可以在场效应管的漏极连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接场效应管的源极，同样可以使得相应LDMOS等效电路的电学特性更为接近实际的LDMOS，实现LDMOS的功能。
通过在LDMOS等效电路的漏极与源极之间增加第二二极管D2，当使用LDMOS等效电路进行LDMOS或者包含LDMOS的电路的仿真时，可以通过第二二极管D2对应的电学模型模拟LDMOS漏极与源极之间的寄生二极管，进而提高对于LDMOS或者包含LDMOS的电路的仿真精度。
以上所示的本发明实施例LDMOS等效电路，由于该LDMOS等效电路的电学特性与LDMOS接近，且LDMOS等效电路中仅包括场效应管、可变电容、电阻、二极管等普通器件，电学特性明确，因此，在进行包含LDMOS的电路仿真时，可以将该LDMOS等效电路的电路结构作为LDMOS的等效电路，通过LDMOS等效电路中普通器件对应的电学模型建立LDMOS的电学模型，进行电路仿真，使得仿真结果更为准确。
而且，其电学特性非常接近LDMOS，因此，在实际电路设计中，可以使用该LDMOS等效电路代替LDMOS，进行电路构建；
而且，对于该LDMOS等效电路而言，仅包括场效应管、可变电容、电阻、二极管等普通器件，在仿真时，可以直接根据上述普通器件对应的电学模型建立该LDMOS等效电路的电学模型，从而容易建立LDMOS等效电路的电学模型，进而得到精确的仿真结果；而且，由于普通器件的电学特性较为明确，易于判断，在进行电路设计时，通过该LDMOS等效电路替代实际的LDMOS，设计得到的电路易于评价和判断，且易于建立仿真模型进行电路仿真，得到精确的仿真结果。
图5为本发明实施例LDMOS等效电路在温度为27度时栅漏电容随漏源电压变化的仿真结果，与实际测量值吻合。可以看出，该LDMOS等效电路能够体现实际LDMOS在开关状态时的电容特性，优化LDMOS的开关特性。因此，能够替代实际的LDMOS，或者作为LDMOS在仿真中的等效电路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种LDMOS等效电路，其特征在于，包括：
可变电容的第一端连接场效应管的栅极，可变电容的第二端连接场效应管的漏极；场效应管的栅极与可变电容第一端的连接点作为LDMOS等效电路的栅极，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点连接LDMOS等效电路的漏极，场效应管的源极作为LDMOS等效电路的源极。
2.根据权利要求1所述的LDMOS等效电路，其特征在于，场效应管的漏极与可变电容第二端的连接点，该连接点与LDMOS等效电路的漏极之间串接电阻。
3.根据权利要求1或2所述的LDMOS等效电路，其特征在于，所述电阻的电学模型为：
Rd＝rd0*(1+pvc*abs(v(d，di)))*(1+pvb*abs(v(d，di)))/((w+wa)*1e6)*(1+ptc*dtemp)；
其中，rd0表示LDMOS漏极在温度为27℃下单位宽度电阻；pvc表示LDMOS漏极电阻的漏源电压系数；pvb表示LDMOS漏极电阻的衬偏电压系数；wa表示窄沟调节参数；ptc表示LDMOS漏端电阻温度系数；w表示LDMOS的沟道宽度；v(d，di)表示电阻两端的电压。
4.根据权利要求1至3任一项所述的LDMOS等效电路，其特征在于，还包括：
LDMOS等效电路的漏极连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极接地。
5.根据权利要求1至4任一项所述的LDMOS等效电路，其特征在于，场效应管的漏极连接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极连接场效应管的源极。
6.根据权利要求1至5任一项所述的LDMOS等效电路，其特征在于，所述可变电容的电学模型为：
可变电容Cgd＝(c0/(pwr((1-(min(0，v(s，d)))/vj)，mj)))*w
其中，c0表示LDMOS等效电路所对应LDMOS的漏极和源极间电压差为0时，栅极到漏极单位宽度的交叠电容；vj表示LDMOS的内建电势；mj表示电容指数系数；v(s，d)表示LDMOS的源极和漏极之间的电压；w表示LDMOS的沟道宽度；pwr是幂指数函数。
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